[发明专利]基于碳量子点的载流子注入式蓝光和白光LED及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型材料在照明领域的应用。提出采用碳量子点作为LED发光层，利用碳量子点具有多种发光中心的特性，通过结构设计，给出基于碳量子点载流子注入式蓝光和白光LED结构及其制作方法。

背景技术

近几年，随着全球能源危机以及人们节能环保意识的逐步增强，大量节能环保材料走进了我们的生活。发光二极管（Light-Emitting Diode，简写LED）具有耗能低、产热少、寿命长等优点，正逐步取代传统的照明材料，成为新一代的照明光源。

传统LED主要使用稀土材料或有机材料作为发光材料。半导体量子点是一种新型的LED发光材料，与传统的LED发光材料相比，具有发光效率更高、使用寿命更长、颜色的纯度更好等优势。相较于传统发光材料制备的LED，量子点LED具有发光颜色可调性，通过调整量子点的尺寸或激发条件，从而实现发光波长的调整，使得量子点的发光波长可覆盖所有可见光波段。然而，如今应用于量子点LED的主要是重金属元素量子点，如硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、硒化铅（PbSe）、锑化汞（HgTe）、硫化铅（PbS）等。显现出价格昂贵、毒性大、污染环境等缺点，限制了它的普及应用。

为了克服以上所述问题，本文提出碳量子点（Carbon Quantum Dots，简写CDs）作为LED的发光层材料，其不但具备传统半导体量子点的发光性能，如光饱和度高、寿命长等优势，而且具备无毒、制备成本低、绿色环保等独有优势，此外，碳量子点是一种依赖于激发波长的发光层材料，具有多种发光中心。

经查找发现，目前已有使用碳量子点作为荧光粉发光材料的报道，例如专利201310030487.3和201310030487.3中将碳量子点荧光粉涂覆在蓝光LED（如氮化镓LED）上，使碳量子点荧光粉光致发光，专利201310267381.5将碳量子点发光粉末置于发光层上或与发光层中发光材料混合，通过发光层中其它发光材料发光作为碳量子点激发源，实现碳量子点荧光粉末发光。但是，使用碳量子点作为LED电致发光层材料，通过结构设计，实现载流子注入式蓝光和白光LED及制作方法，国内外未见有相关报道。

发明内容

为了克服传统量子点LED材料的重金属污染、毒性大、价格昂贵等缺点，本发明提出采用无毒环保、均匀性好、色饱和度高、成本低廉的碳量子点作为LED发光材料，设计基于碳量子点的载流子注入式蓝光和白光LED。

本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

1、基于碳量子点的载流子注入式蓝光和白光LED及制作方法，以3.3nm碳量子点作为发光层，通过控制器件的电子迁移层和阴极的厚度及材料，实现载流子注入发光层，从而得到碳量子点的电致发光。其结构包括：导电玻璃（Indium Tin Oxides，简写ITO）薄膜的衬底1；聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)，简写PEDOT:PSS）空穴注入层2；聚三苯胺（Poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzi，简写Poly-TPD））空穴迁移层3；碳量子点发光层4；氧化锌（ZnO）纳米晶或1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯（1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene，简写TPBi））电子迁移层5；氟化锂和铝双层电极（LiF/Al）或铝电极（Al）阴极6。

2、基于碳量子点的载流子注入式蓝光和白光LED及制作方法，基于碳量子点的载流子注入式LED的具体制备方法如下：

第一步、制备碳量子点；

第二步、将带有ITO薄膜的玻璃衬底1，进行超声净洗和紫外线处理；

第三步、通过旋涂的方法将PEDOT:PSS溶液沉积在ITO电极上；

第四步、将满足能级匹配要求的空穴迁移层旋涂在PEDOT:PSS空穴注入层2上；

第五步、将碳量子点溶液旋涂在空穴迁移层3上；

第六步、加热退火后，通过热蒸镀或旋涂的方法，将满足能级匹配要求的电子迁移层5沉积到碳量子点薄膜4上；

第七步、在器件表面热蒸镀电极6。